3. Вселенная в атоме
Мы часто и подолгу задумываемся над вопросом: как устроен физический мир в своей глубинной основе? Куда может привести нас бесконечность движения в недра материи? Молекулы, атомы, ядра атомов, протоны, электроны и нейтроны?.. Что же дальше? А если двинуться в "другую сторону"? Уходят в бесконечность этажи мироздания. На одном из них планеты и планетные системы со своими светилами, на другом - галактики и галактические скопления, на третьем Вселенная. Где границы этого огромного мира, существуют ли они?.. Мы живем в геометрически трехмерном мире. И очень может быть, что этот мир, затерянный где-то в середине Большой Бесконечности Мироздания, - лишь ничтожный кирпичик мира, а наш мир, в свою очередь, состоит из невообразимо большого числа миров, которые мы считаем частицами. И так до бесконечности как вширь, так и вглубь. Но если, как писал поэт, каждая из элементарных частиц - мир, то, вероятно, внутри каждой из них светят мириады звезд, освещающих неисчислимое множество планет. Среди них могут быть и такие, которые населены разумными существами, способными размышлять о бесконечности окружающего их мира... Кстати, подобную идею высказал еще в V веке до н.э. греческий мыслитель Анаксагор, который говорил, что в каждой частице, какой бы малой она ни была, "есть города, населенные людьми, обработанные поля и светит солнце, луна и другие звезды, как у нас". Итак, хотя представление о "множественности миров" уже веками витает в умах, однако научное обоснование оно получило лишь в последние десятилетия при исследовании свойств замкнутой Вселенной или так называемого замкнутого мира Фридмана, возможность существования которой (которого) вытекала из гравитационных уравнений общей теории относительности. Замкнутый мир - это такая область Вселенной, где взаимное притяжение всех находящихся в нем тел - звезд, межзвездного газа и пыли, галактик и их совокупностей - равно энергии их общей массы, т.е. энергии, которая заключена в веществе согласно известной эйнштейновской формуле: Е=М*С. Другими словами, наступает равенство инертной и гравитационной энергии. Плюс на минус - суммарная энергия (она же - масса) может стать сколь угодно малой и даже равной нулю. Тело же с нулевой массой - не более чем точка... Так огромная Вселенная может оказаться в почти замкнутом, по Фридману, мире, а ее внешние размеры могут быть микроскопическими и даже нулем. Разумеется, так кажется внешнему наблюдателю: малая масса локализована внутри сферы микроскопически малого радиуса. Для наблюдателей же изнутри все выглядит совершенно по-другому: внутри этой кажущейся "малой" сферы в принципе может помещаться целая Вселенная со всеми своими галактиками, звездами и скоплениями галактик. Эта теория, позволяющая одни и те же объекты рассматривать и как элементарные частицы, и как макросистемы, получила развитие в трудах академика М.А.Маркова. Объекты, таящие или содержащие в себе вселенные, назвали в честь А.А.Фридмана фридмонами. Возможность существования этих объектов вытекает из общей теории относительности. Для внешнего наблюдателя, например для нас, землян, фридмоны могут появиться в "образе" тяжелых элементарных частиц с массой, составлякздей 10^-5 - 10^-6 г, размером около 10^-33 см и электрическим зарядом, равным заряду электрона. Фридмон может проявить себя и как микроскопическая "черная дыра". Теория допускает существование неограниченного числа фридмонов. Для того чтобы наша Вселенная стала микрочастицей-фридмоном, необходимо, что средняя плотность вещества была 10^-29 г/см. Пока регистрируемые данные несколько ниже - 10^-30 г/см, но, как отмечалось выше, во Вселенной может существовать электрически нейтральная "скрытая масса". В этом случае вполне возможно, что и мир, в котором мы живем, не что иное, как фридмон. Важным моментом в данном случае является то, что фридмон в том виде, как он представляется в расчетах академика М.А.Маркова, еще не замкнут. Иными словами, у него имеется как бы горлышко, через которое можно попасть внутрь сферы и выйти из нее в другой внешний мир, т.е. в совсем иную вселенную. Следовательно, фридмоны представляют собой полузамкнутые миры. Допустим, что наша Вселенная является фридмоном. Если бы в этом случае путешественник, улетев с Земли, смог проникнуть через "горлышко" фридмона наружу, он "...с удивлением обнаружил бы, что та вселенная, откуда он родом, представляется здесь микроскопическим объектом... Это новое пространство также может оказаться почти замкнутым и снова связанным микроскопической горловиной со следующим пространством... В принципе такая повторяемость микроскопического и макроскопического может быть неограниченной...", - писал академик М.А.Марков. Гипотеза о фридмонах, одним из которых может являться и наша Вселенная, расширила значительно наши представления о Вселенной в целом. В одной из своих последних работ член-корреспондент АН СССР И.С.Шкловский предложил термин "Метавселенная". Метавселенная включает в себя все многообразие отдельных вселенных, подобно тому как Метагалактика охватывает все наблюдаемые галактики. Гипотетические пока (?!) фридмоны уводят человеческую мысль в такую даль, что захватывает дух. Мы, земляне, безуспешно вот уже которое десятилетие ищем собратьев по разуму. Но если Вселенная способна уместиться в элементарной частице, то мыслящих иномирян мы, возможно, буквально держим в руках. Эти бесчисленные миры трепещут и в каждом язычке пламени свечи, и в каждой клеточке нашего тела. Все эти миры живут полнокровной жизнью: в каждой ничтожной пылинке заключено несчетное множество миров, бесконечно большое число планет, населенных, возможно, разумными существами. И быть может, каждый акт рождения электрон-позитронной пары - акт рождения бесчисленного множества миров, а каждый акт аннигиляции - свидетельство их гибели? Очень может быть, что наши размышления о бесконечности материального мира скорее всего слишком прямолинейны. Почему бесконечную череду размеров мы представляем себе чем-то вроде прямой, уходящей, с одной стороны, в область исчезающих малых размеров (микромир), с другой - в область неограниченно больших (макромир)? Кто знает, не является ли бесконечность мира более похожей на круг, где поразительно малые величины как бы переходят, замыкаются на бескрайне большие?
Рис. 1. Соотношение линейных размеров макромира, человека и микромира
Вопросы, вопросы... Да, немало крови попортила физикам бесконечность, которая "рождается" при решении некоторых уравнений, относящихся к атому и элементарным частицам... Бесконечность... О ней думают и ученые. Только в отличие от нас, простых смертных, размышляют они об этом физическом понятии, вооружившись современными научными данными, что и позволяет им строить, как правило, на солидной научной основе все новые и новые гипотезы, приводящие порой к поразительным, фантастическим выводам. Об этом, в частности, свидетельствует и заглавие следующего подраздела, а именно:
4. Можно ли создать вселенную?
Не будем держать читателя в неведении и ответим сразу: "Да, можно!" Естественно, что такое утверждение должно иметь какие-то веские основания. Имеются ли они? И снова сразу дадим ответ: "Да, имеются!" Об этом свидетельствует гипотеза американского ученого с мировым именем - космолога Алена Гута (Массачусетский технологический институт), который утверждает, что создание искусственных вселенных вполне возможно. Выступая в конце 80-х годов на конференции Американского астрономического общества в Бостоне, А.Гут сделал заявление, что "появляется, по-видимому, принципиальная возможность на некого рой ступени развития цивилизации создавать в буквальном смысле слова новые вселенные". В 1979 году Гут вместе с двумя своими коллегами стал работать над теорией "раздувающейся Вселенной", которая считалась сомнительной, когда он опубликовал ее в начале 80-х годов, но сегодня в несколько модифицированной форме принята большинством физиков. Раоотая над "раздувающейся Вселенной", Гут и пришел к идее создания новых вселенных. По мнению Гута, уже в первые мгновения после "Большого взрыва" наша Вселенная "раздулась" до своих теперешних границ. Размеры сферы, в которой мы живем, столь огромны, что нам она кажется совершенно плоской. Существуют обстоятельства, при которых на этой трехмерной искривленной поверхности, как считает Гут, может развиваться своего рода "аневризма" (так в медицине называется процесс выпячивания стенки кровеносного сосуда), т.е. область, в которой пространство-время выпячивается словно опухоль, и в конечном счете отщепляется от "материнской" вселенной, образуя совершенно новую и другую. Условия внутри вышеупомянутой выпуклости для находящегося там наблюдателя будут напоминать те, что были присущи начальным моментам "Большого взрыва". Однако для наблюдателя в нашем мире эта отделившаяся "аневризма" должна восприниматься как "черная дыра" - сверхплотный объект с такой огромной силой тяготения, что даже лучи света не в состоянии "оторваться" от него. Спустя определенное время "черная дыра" как бы "испаряется", не оставляя никакого следа в том месте поверхности сферы, где была "рождена" новая вселенная. После отделения выпуклости от "первичной" вселенной информационный обмен между ними невозможен, так как они являются замкнутыми, поскольку каждая из них существует в собственном пространстве-времени. Для наблюдателей, находящихся в каждой из таких вселенных, остальные находятся за пределами так называемого физического горизонта. Разумные существа, появившиеся в новом мире, обречены законами физики навечно остаться в неведении относительно реальности существования "материнской" вселенной. Не с такой ли ситуацией встречаемся и мы сами при изучении первоначал появления нашей Вселенной? Гут и его коллеги определили условия, необходимые для начала развития "аневризмы". Они считают, что для создания новой вселенной не требуется даже предшествовавшей "Большому взрыву" сингулярности, т.е. такой области в пространстве-времени, где температура и плотность вещества принимают бесконечные значения, а известные нам сегодня законы физики теряют свою силу. "Удивительно, но можно дать начало новой вселенной, используя энергию, эквивалентную всего лишь нескольким фунтам вещества, - говорит Гут, - если найти какой-то способ сжать это вещество до плотности 10-15 энергограммов в кубическом сантиметре и как-то запустить процесс. А раздувание должно сделать все остальное". За очень короткое время, менее чем за микросекунду, новая вселенная должна раздуться до огромных размеров, создавая для себя все вещество и энергию, которые ей затем суждено вмещать. "Конечно, - признает Гут, - это не только превышает возможности нашей техники, но и лежит за пределами любой мыслимой техники". Впрочем какая-нибудь сверхцивилизация когда-нибудь могла это в принципе и сделать... Уже сегодня в царстве квантовой физики, физики ядерных частиц и ультрамалых расстояний учеными обнаружен. своеобразная физическая сущность, кото рую называют "отрицательной энергией" "Отрицательная энергия", математиче ски описываемая как энергия, меньшая чем даже энергия вакуума, может суще ствовать в пространстве, которое релятивистски деформировано вокруг ультра компактной массы - куска материи, сжатого до плотности, имеющей огромную величину, гораздо большую, чем та, что наблюдается где-либо во Вселенной. Все дело заключается именно в том, что "отрицательная энергия" фигурирует в гутовской схеме создания в лабораторных условиях новых вселенных. На основе последних исследований доктор Гут и его коллеги заключают, что если каким-то образом сжать 10 кг вещества так, чтобы они занимали пространство меньшее, чем одна квадриллионная объема элементарной частицы, то результатом такого процесса было бы "семя", которое могло бы способствовать рождению новой вселенной. Другими словами, после упомянутого "сжатия" 10 кг вещества превратятся в так называемый фальшивый вакуум, т.е. область с "отрицательной энергией", которая вызовет раздувание новой вселенной. Последняя возникнет, как пузырь, из нашей Вселенной и будет связана с ней "червоточиной" (своеобразным прообразом "черной дыры"), которая в конце концов сожмется и разорвется. Новая вселенная, если выразиться образно, может быть готова к "употреблению", то есть к дальнейшей эволюции, росту энтропии, зарождению жизни и т.д. Означает ли вышесказанное, что наша Вселенная тоже могла быть создана в результате сознательного акта неких разумных существ в некоей другой, "материнской" для нас вселенной? "Эту возможность мы изучаем, - говорит Гут, - и ничего пока не исключает ее". Вполне понятно, что такие причудливые для многих людей размышления могут перейти границы доверия, но Гут - известный интеллектуальный исследователь-космолог, который не только поражает научную общественность неординарными идеями, но обосновывает их строгими и корректными математическими выкладками. Это позволяет ему увеличивать постоянно ряды своих сторонников и получать поддержку целого ряда ведущих физиков мира. Идеи и гипотезы, подобные тем, которые выдвинуты профессором Аланом Гутом, несомненно помогут ученым исследовать наиболее фундаментальные проблемы космадоти: как возникла Вселенная, как она развивается и каков может быть ее конец...
